CN104030584A - 一种防辐射水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于特种建材制备领域和工业固体废弃物综合利用领域，具体涉及一种防辐射水泥及其制备方法。一种防辐射水泥，由以下质量百分含量的各个组分构成：25～79％的多元复合防辐射熟料、10～40％的活性混合材料、10～30％的非活性混合辅料和1～5％的石膏。本发明防辐射水泥不仅可以有效屏蔽防护α、β、γ、X射线，而且对中子也具有一定的吸收屏蔽效果。

Description

一种防辐射水泥及其制备方法

技术领域

本发明属于特种建材制备领域和工业固体废弃物综合利用领域，具体涉及一种防辐射水泥及其制备方法。

背景技术

水泥是制备混凝土及其各种水泥制品的重要原料，也是土木建筑工程不可缺少的建材。普通的水泥虽然硬化的水泥混凝土有很高的抗压强度，但也存在很多缺陷，比如抗拉强度低、抗冲击能力差、抗裂性能差等缺点。在一些强度较低的基层，传统的做法是水泥混凝土固化后，再在水泥层表面涂上防水涂料层。防水层表面光滑，在工人高空作业时存在很大的安全隐患，因此出现了抗裂水泥基防水涂料，通过分散性胶粉、改性剂等改性。固化后，水泥砂浆由完全刚性变成具有一定的柔性，但同时，水泥层的抗裂新能有所下降。

核辐射中主要有α、β、γ、X射线及中子射线。在这些射线中，α、β射线穿透力弱，很容易被吸收，一般厚度的防护材料就能屏蔽。防核辐射材料主要屏蔽的是γ、X射线和中子射线。

γ射线代表一种光子流，是一种高能量、高频率的电磁波，具有巨大的穿透能力，对生物体有强烈的伤害作用，只有高密度的材料才可阻挡其传播。对γ、X射线，物质密度越大，防护屏蔽性能越好。

中子射线是由不带电荷的中性粒子组成，具有高度的穿透能力，对人体产生的危害比相同剂量的γ、X射线更为严重，可分为快速、中速和慢速中子。中子射线不可以单一地通过增加防护材料的厚度来有效屏蔽其辐射，是当前防辐射研究的突破点和难点。中子与物质相互作用主要包括三种形式：高能中子及一部分快中子与重元素原子核发生非弹性散射；中能中子及一部分快中子轻元素原子核发生弹性散射；快中子和中能中子减速后成为慢中子被一些原子核俘获吸收。快速中子的屏蔽减速可通过与重原子核的碰撞来实现，而中速中子和慢速中子只有轻元素如氢、硼等元素才可吸收。

目前国内外常用的防辐射水泥主要有钡水泥、锶水泥、含硼水泥。

钡水泥和锶水泥在矿物组成上是以氧化钡(BaO)、氧化锶(SrO)代替硅酸盐水泥中的氧化钙(CaO)，形成以硅酸三钡(3BaO·SiO₂)和硅酸三锶(3SrO·SiO₂)为主要矿物相的水硬性胶凝材料。其生产工艺过程与硅酸盐水泥基本相同，煅烧温度较高，达到1550℃以上。但钡水泥热稳定性差，100℃时水化结构会受到破坏，只适用于低温度环境；钡水泥和锶水泥只能屏蔽防护γ、X射线，不能屏蔽中子。

含硼水泥的生产工艺采用铝酸盐熟料作为基材，掺入适量硼镁石和石膏共同粉磨制备而成。含硼水泥具有较高的硼含量以及化学结晶水含量对快中子有慢化效应，同时对热中子的吸收性能良好，但含硼水泥是以天然硼镁石在回转窑中经800-1000℃煅烧成掺合料，大幅度增加了能耗；含硼水泥中硼元素不是以固溶的形式存在，在防辐射过程中，易导致硼水泥制品产生膨胀。吸收中子时会有能量释放并伴随二次γ射线的产生，需要采用含重金属元素的重骨料避免二次γ射线污染。

发明内容

为解决现有技术的不足和满足建筑工业需要，本发明提供了一种防辐射水泥。本发明防辐射水泥不仅可以有效屏蔽防护α、β、γ、X射线，而且对中子也具有一定吸收屏蔽效果。

一种防辐射水泥，由以下质量百分含量的各个组分构成：25～79％的多元复合防辐射熟料、10～40％的活性混合材料、10～30％的非活性混合辅料和1～5％的石膏。

优选的，所述多元复合防辐射熟料由以下质量百分含量的各个组分构成：3CaO·SiO₂为50～80％，2CaO·SiO₂为5～10％，Ca_0.69Ba_1.31SiO₄为5～15％，Ca₃B₂O₆为3～10％，Ca₃Al₂O₆为3～10％，Ca₄AlFe为4～5％。

优选的，所述活性混合材料选自粉煤灰、高炉矿渣、钢渣、合金渣、火山灰中的任意一种或多种混合，且均可来自工业固体废弃物。

优选的，所述非活性混合辅料选自岩矿、赤泥、石灰石、尾矿中的任意一种或多种混合。

一种防辐射水泥的制备方法，将25wt％～79wt％的多元复合防辐射熟料、10wt％～40wt％的活性混合材料、10wt％～30wt％的非活性混合辅料和1wt％～5wt％的石膏均匀混合，粉磨至过45μm方孔筛的筛余量不大于15％，即得所述防辐射水泥。

其中，所述多元复合防辐射熟料由以下质量百分含量的各个组分构成：3CaO·SiO₂为50～80％，2CaO·SiO₂为5～10％，Ca_0.69Ba_1.31SiO₄为5～15％，Ca₃B₂O₆为3～10％，Ca₃Al₂O₆为3～10％，Ca₄AlFe为4～5％。

所述活性混合材料选自粉煤灰、高炉矿渣、钢渣、合金渣、火山灰中的任意一种或多种混合。

所述非活性混合辅料选自岩矿、赤泥、石灰石、尾矿中的任意一种或多种混合。

(1)本发明方法工艺简单，易控制，适应大规模工业化生产；

(2)本发明防辐射水泥多元复合防辐射熟料矿物相体系中Ca_xBa_2-xSiO₄和Ca₃B₂O₆的生成使水泥熟料的主要矿物由四元体系转变为六元体系，有效改善水泥熟料结构性能，提高水泥熟料强度，提高其热力学稳定性；

(3)本发明防辐射水泥多元复合熟料矿物相体系可促进水泥的正常凝结和硬化，提高水泥强度，提高水泥热学性能，扩大水泥应用领域；

(4)本发明防辐射水泥不仅可以有效屏蔽防护α、β、γ、X射线，而且对中子也具有一定吸收屏蔽效果；

(5)本发明防辐射水泥与含重金属元素(铁、铅、钡、钨等)的集料、合适的外加剂及含轻元素(氢、硼、锂等)掺合料作原料可制备高性能防辐射混凝土。得到的混凝土具有多重叠加防辐射效应，具备高效全面的防护屏蔽能力。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种防辐射水泥，由以下质量百分含量的各个组分构成：多元复合防辐射熟料为45％，钢渣为35％，尾矿15％，石膏5％。其中，多元复合防辐射熟料为中各个组分的质量百分含量为：3CaO·SiO₂为60％，2CaO·SiO₂为6％，Ca_0.69Ba_1.31SiO₄为15％，Ca₃B₂O₆为6％，Ca₃Al₂O₆为9％，Ca₄AlFe为4％。

将以上各种原材料均匀混合，粉磨至过45μm方孔筛的筛余量为15％，即得所述防辐射水泥。

实施例2

一种防辐射水泥，由以下质量百分含量的各个组分构成：多元复合防辐射熟料为40％，钢渣为32％，尾矿24％，石膏4％。其中，3CaO·SiO₂为65％，2CaO·SiO₂为6％，Ca_0.69Ba_1.31SiO₄为12％，Ca₃B₂O₆为4％，Ca₃Al₂O₆为8％，Ca₄AlFe为5％。

将以上各个均匀混合，粉磨至过45μm方孔筛的筛余量不大于15％，即得所述防辐射水泥。

实施例3

一种防辐射水泥，由以下质量百分含量的各个组分构成：多元复合防辐射熟料为60％，钢渣为17％，尾矿20％，石膏3％。其中，多元复合防辐射熟料为中各个组分的质量百分含量为：3CaO·SiO₂为70％，2CaO·SiO₂为6％，Ca_0.69Ba_1.31SiO₄为10％，Ca₃B₂O₆为6％，Ca₃Al₂O₆为4％，Ca₄AlFe为4％。

将以上各种原材料均匀混合，粉磨至过45μm方孔筛的筛余量为15％，即得所述防辐射水泥。

实施例4

一种防辐射水泥，由以下质量百分含量的各个组分构成：多元复合防辐射熟料为72％，钢渣为14％，尾矿12％，石膏2％。其中，多元复合防辐射熟料为中各个组分的质量百分含量为：3CaO·SiO₂为75％，2CaO·SiO₂为5％，Ca_0.69Ba_1.31SiO₄为5％，Ca₃B₂O₆为6％，Ca₃Al₂O₆为4％，Ca₄AlFe为5％。

将以上各种原材料均匀混合，粉磨至过45μm方孔筛的筛余量为15％，即得所述防辐射水泥。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种防辐射水泥，其特征在于，由以下质量百分含量的各个组分构成：25～79％的多元复合防辐射熟料、10～40％的活性混合材料、10～30％的非活性混合辅料和1～5％的石膏。

2.根据权利要求1所述的防辐射水泥，其特征在于：所述多元复合防辐射熟料由以下质量百分含量的各个组分构成：3CaO·SiO₂为50～80％，2CaO·SiO₂为5～10％，Ca_0.69Ba_1.31SiO₄为5～15％，Ca₃B₂O₆为3～10％，Ca₃Al₂O₆为3～10％，Ca₄AlFe为4～5％。

3.根据权利要求1或2所述的防辐射水泥，其特征在于：所述活性混合材料选自粉煤灰、高炉矿渣、钢渣、合金渣、火山灰中的任意一种或多种混合。

4.根据权利要求1或2所述的防辐射水泥，其特征在于：所述非活性混合辅料选自岩矿、赤泥、石灰石、尾矿中的任意一种或多种混合。

5.一种防辐射水泥的制备方法，其特征在于，将25wt％～79wt％的多元复合防辐射熟料、10wt％～40wt％的活性混合材料、10wt％～30wt％的非活性混合辅料和1wt％～5wt％的石膏均匀混合，粉磨至过45μm方孔筛的筛余量不大于15％，即得所述防辐射水泥，其中：

所述多元复合防辐射熟料由以下质量百分含量的各个组分构成：3CaO·SiO₂为50～80％，2CaO·SiO₂为5～10％，Ca_0.69Ba_1.31SiO₄为5～15％，Ca₃B₂O₆为3～10％，Ca₃Al₂O₆为3～10％，Ca₄AlFe为4～5％；

所述活性混合材料选自粉煤灰、高炉矿渣、钢渣、合金渣、火山灰中的任意一种或多种混合；

所述非活性混合辅料选自岩矿、赤泥、石灰石、尾矿中的任意一种或多种混合。